(57)【要約】【課題】パンタグラフの高さ測定におけるキャリブレーションを容易に行うことを可能としたパンタグラフ高さ測定装置及びそのキャリブレーション方法を提供する。【解決手段】車両１０の屋根上に設置されるラインセンサ２０と、ラインセンサ２０によって撮影した画像を解析する処理用コンピュータ３０と、パンタグラフ１０ａの変動幅を含む範囲に着脱可能に設けられ、黒色領域４０ｂ及び白色領域４０ｗを鉛直方向に沿って交互に配してなるキャリブレーション用部材４０とを備え、処理用コンピュータ３０が、ラインセンサ２０によってキャリブレーション用部材４０を撮影した画像から得られる黒色領域４０ｂ及び白色領域４０ｗの画像上の位置と黒色領域４０ｂ及び白色領域４０ｗの実際の高さとの関係式である架線高さ計算用近似式を求めるようにした。【選択図】図１
2010190886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の屋根上に設置されるラインセンサと、前記ラインセンサによって撮影した画像を解析する画像処理手段とを備え、走行中の車両のパンタグラフの高さを測定するパンタグラフ高さ測定装置において、
前記パンタグラフの変動幅を含む範囲に、濃色領域及び淡色領域を鉛直方向に沿って交互に配してなるキャリブレーション用部材が着脱可能に設けられ、
前記画像処理手段が、前記ラインセンサによって前記キャリブレーション用部材を撮影した画像から得られる前記濃色領域及び前記淡色領域の画像上の位置と前記濃色領域及び前記淡色領域の実際の高さとの関係式を求め、この関係式を用いて前記ラインセンサによって撮影した前記パンタグラフの画像上の位置から実際のパンタグラフの高さを算出するように構成された
ことを特徴とするパンタグラフ高さ測定装置。
【請求項２】
前記キャリブレーション用部材に、鉛直方向に連結される複数の第一の色領域と、前記第一の色領域の周囲に配される第二の色領域とからなる撮影ライン修正用部材が着脱可能に設けられるとともに、
前記ラインセンサによって撮影された画像を表示する表示手段を備え、
前記撮影ライン修正用部材は、前記表示手段に表示される該第一の色領域及び第二の色領域の幅が前記ラインセンサの撮影ラインの位置及び傾きによって変化するように前記第一の色領域の形状を設定された
ことを特徴とする請求項１記載のパンタグラフ高さ測定装置。
【請求項３】
前記撮影ライン修正用部材は、その水平方向の中心において前記第一の色領域が隣接する該第一の色領域と相互に接するように、前記第一の色領域の水平方向の中心の上下幅をその両側の上下幅に比較して幅広に形成された
ことを特徴とする請求項２記載のパンタグラフ高さ測定装置。
【請求項４】
前記画像処理手段が、
前記ラインセンサから入力される画像信号を時系列的に並べてなる入力画像を作成する入力画像作成部と、
前記入力画像を二値化処理してなる二値化画像を作成する二値化処理部と、
前記二値化画像上の前記濃色領域と前記淡色領域の位置を検出する色領域位置検出部と、
前記二値化画像上の前記濃色領域と前記淡色領域の位置及び前記濃色領域と前記淡色領域の実際の位置に基づいて前記関係式を算出する関係式演算部と
を備える
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のパンタグラフ高さ測定装置。
【請求項５】
前記撮影ライン修正用部材は、該撮影ライン修正用部材の水平方向の中心に中心線を備える
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のパンタグラフ高さ測定装置。
【請求項６】
車両の屋根上に設置されたラインセンサによって走行中の前記車両のパンタグラフを撮影し、前記ラインセンサによって撮影した画像を解析して前記パンタグラフの高さを測定するパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法であって、
その表面に濃色領域及び淡色領域が鉛直方向に沿って交互に配色されてなるキャリブレーション用部材を前記パンタグラフの近傍に設置する第一の工程と、
前記ラインセンサによって前記キャリブレーション用部材を撮影する第二の工程と、
前記画像処理手段において前記ラインセンサによって撮影された画像上の前記濃色領域及び前記淡色領域の位置を検出するとともに、検出された前記濃色領域及び前記淡色領域の画像上の位置と前記濃色領域及び前記淡色領域の実際の位置との関係式を算出する第三の工程と
からなる
ことを特徴とするパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法。
【請求項７】
同一形状の領域を鉛直方向に複数連結してなる第一の色領域及び前記第一の色領域の周囲に配される第二の色領域が配色されてなり、前記第一の色領域及び前記第二の色領域が、前記表示手段に表示される該第一の色領域及び第二の色領域の幅が前記ラインセンサの撮影ラインの位置及び傾きによって変化するように配色された撮影ライン修正用部材を前記キャリブレーション用部材に設置し、
前記ラインセンサによって前記撮影ライン修正用部材を撮影し、
前記ラインセンサによって撮影された画像を表示する表示手段に表示される前記撮影ライン修正用部材の画像を確認しつつ前記撮影ラインを修正し、
前記撮影ライン修正用部材を取り外した後、
前記第一、第二及び第三の工程を行う
ことを特徴とする請求項６記載のパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法。
【請求項８】
前記撮影ライン修正用部材は、その水平方向の中心において前記第一の色領域が隣接する該第一の色領域と相互に接するように、前記第一の色領域の水平方向の中心の上下幅をその両側の上下幅に比較して幅広に形成されている
ことを特徴とする請求項７記載のパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法。
【請求項９】
前記画像処理手段が、
前記ラインセンサから入力される画像信号を時系列的に並べてなる入力画像を作成し、
前記入力画像を二値化処理してなる二値化画像を作成し、
前記二値化画像上の前記濃色領域と前記淡色領域の位置を検出し、
前記二値化画像上の前記濃色領域と前記淡色領域の位置及び前記濃色領域と前記淡色領域の実際の位置に基づいて前記関係式を算出する
ことを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれか１項に記載のパンタグラフ高さ測定
装置のキャリブレーション方法。
【請求項１０】
前記撮影ライン修正用部材の水平方向の中心に中心線を設け、
前記中心線に基づき前記撮影ラインを修正する
ことを特徴とする請求項６乃至請求項９のいずれか１項に記載のパンタグラフ高さ測定
装置のキャリブレーション方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像処理を用いてパンタグラフの高さを測定するパンタグラフ高さ測定装置及びそのキャリブレーション方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気鉄道設備においては、架線の高さの変動幅を規定値内に収める必要があり、検査項目のひとつとして架線の高さの測定が挙げられる。この架線の高さは、車両の屋根上に設置されている集電装置であるパンタグラフの高さと同値であることから、従来、パンタグラフの高さを測定することによって架線の高さを取得する方法が公知となっている。例えば、このようなパンタグラフの高さを測定する方法として以下のものが挙げられる。
【０００３】
（イ）レーザセンサ方式
この方式は、パンタグラフをミラー等によりレーザで走査し、反射波の位相差や反射したレーザの形状の変形などにより、パンタグラフの高さを測定する方式である。
（ロ）光切断センサ方式
この方式は、パンタグラフに縞状の光を投光し、パンタグラフの形状に応じて凹凸になった縞を受光し、パンタグラフの高さを測定する方式である。
（ハ）画像処理方式
この方式は、図１４に示すように、車両１０の屋根上に設置したラインセンサカメラ（以下、ラインセンサ）２０でパンタグラフ１０ａを撮影し、撮影した画像に対して処理用コンピュータ３０においてモデルマッチングやパタンマッチング等の処理を行い、パンタグラフ１０ａの高さを測定する方式である（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００４】
上記の方式のうち、画像処理方式は、ラインセンサ２０により撮影したパンタグラフ１０ａの画像の中から、予め用意しておいたパンタグラフ１０ａのモデルとマッチングする画像上のピクセル位置を抽出し、ラインセンサ２０からパンタグラフ１０ａまでの距離や撮影器具のレンズの焦点距離などに基づき、画像上のピクセル位置からパンタグラフ１０ａの実際の高さを算出するものである。
【０００５】
この画像処理方式は、撮影器具としてラインセンサ２０を用いることで空間分解能を上げ、精度を向上させている。この方式は、レーザセンサ方式や光切断方式に比べて装置が小型になるので、測定専用に製造された検測車だけでなく、営業車にも搭載できるという利点がある。
【０００６】
また、特許文献２の方法を使用する場合、図３０のようにラインセンサ２０は斜め上方を見上げる形で設置される。このとき、パンタグラフ１０ａの変位方向とラインセンサ２０の仰角との関係より、パンタグラフ１０ａが低い位置の場合の分解能と高い位置の場合の分解能は異なる。具体的には図３０のように、低い位置のほうが分解能は高くなり、高い位置のほうが分解能は低くなる。なお、パンタグラフ１０ａが低い位置において分解能が高くなるのは、低い位置の方がラインセンサ２０との距離が近くなるためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２５０７７４号公報
【特許文献２】特開２００８−１０４３１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ラインセンサ２０を用いた方式においては、図１４に破線で示すように、ラインセンサ２０をパンタグラフ１０ａの正面に設置すれば、架線の高さの変動幅において画像の分解能はほぼ一定であるので、精度よくパンタグラフ１０ａの高さを測定することができるが、ラインセンサ２０をパンタグラフ１０ａと同じ高さに設置すると、ラインセンサ２０が架線５と接触し、重大な事故に繋がるおそれがある。
【０００９】
そのため、実際には図１４に実線で示すようにパンタグラフ１０ａに対して斜め下方にラインセンサ２０が設置される。ところが、図１４に実線で示すようにラインセンサ２０を設置すると、ラインセンサ２０の光軸がパンタグラフ１０ａの変位方向（鉛直方向）に対して直交せず、斜めに交差することとなり、パンタグラフ１０ａの位置が低い場合と高い場合とでラインセンサ２０によって撮影される画像の分解能が異なる状態となる。具体的にはパンタグラフ１０ａが低い位置にあるほうが、パンタグラフ１０ａとラインセンサ２０との距離が近くなるため、パンタグラフ１０ａの位置が高い場合に比較して分解能が高くなる。
【００１０】
例えば、特許文献２ではパンタグラフ１０ａの高さをラインセンサ２０のカメラレンズの焦点距離やラインセンサ２０によって撮影した画像上のパンタグラフ１０ａの位置（ピクセル位置）と実際のパンタグラフ１０ａの高さとの関係を表す比を用いて演算を行っている。
【００１１】
つまり、実際のパンタグラフ１０ａの高さをＨ、ラインセンサ２０によって撮影した画像上のパンタグラフ１０ａの位置をＰ、画素サイズをｎ、ラインセンサ２０からパンタグラフ１０ａまでの距離をｌ、ラインセンサ２０のレンズの焦点距離をｆとすると、それぞれの関係は下記（１）式で表される。
Ｈ：Ｐ×ｎ＝ｌ：ｆ    ・・・（１）
【００１２】
これを展開すると下記（２）式となる。
Ｈ＝（ｌ×Ｐ×ｎ）／ｆ    ・・・（２）
【００１３】
この（２）式を用いてパンタグラフ１０ａの実際の高さを求めている。しかし、このような計算を行うためには、レンズの焦点距離ｆやラインセンサ２０からパンタグラフ１０ａまでの距離ｌなどを予め測定する必要があり、作業性が悪いという問題があった。
【００１４】
さらに、ラインセンサ２０を図１４に破線で示す位置に設置すればラインセンサ２０からパンタグラフ１０ａまでの距離ｌは一定でよいが、ラインセンサ２０を図１４に実線で示す位置に設置した場合は画像上のピクセルの位置毎に距離ｌの値が異なるので、距離ｌを一定として演算を行うと演算結果に誤差が生じる。そのため、ラインセンサ２０をパンタグラフ１０ａに対して斜め下方に設置した場合は、射影変換などを用いて高さの補正計算を行う必要があった。この計算を行うためには、ラインセンサ２０の仰角が必要であり、複雑な演算を行う必要があった。
【００１５】
このようなことから本発明は、パンタグラフの高さ測定におけるキャリブレーションを簡易に行うことを可能としたパンタグラフ高さ測定装置及びそのキャリブレーション方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の課題を解決するための第１の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置は、車両の屋根上に設置されるラインセンサと、前記ラインセンサによって撮影した画像を解析する画像処理手段とを備え、走行中の車両のパンタグラフの高さを測定するパンタグラフ高さ測定装置において、前記パンタグラフの変動幅を含む範囲に、濃色領域及び淡色領域を鉛直方向に沿って交互に配してなるキャリブレーション用部材が着脱可能に設けられ、前記画像処理手段が、前記ラインセンサによって前記キャリブレーション用部材を撮影した画像から得られる前記濃色領域及び前記淡色領域の画像上の位置と前記濃色領域及び前記淡色領域の実際の高さとの関係式を求め、この関係式を用いて前記ラインセンサによって撮影した前記パンタグラフの画像上の位置から実際のパンタグラフの高さを算出するように構成されたことを特徴とする。
【００１７】
上記の課題を解決するための第２の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置は、第１の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置において、前記キャリブレーション用部材に、鉛直方向に連結される複数の第一の色領域と、前記第一の色領域の周囲に配される第二の色領域とからなる撮影ライン修正用部材が着脱可能に設けられるとともに、前記ラインセンサによって撮影された画像を表示する表示手段を備え、前記撮影ライン修正用部材は、前記表示手段に表示される該第一の色領域及び第二の色領域の幅が前記ラインセンサの撮影ラインの位置及び傾きによって変化するように前記第一の色領域の形状を設定されたことを特徴とする。
【００１８】
上記の課題を解決するための第３の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置は、第２の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置において、前記撮影ライン修正用部材は、その水平方向の中心において前記第一の色領域が隣接する該第一の色領域と相互に接するように、前記第一の色領域の水平方向の中心の上下幅をその両側の上下幅に比較して幅広に形成されたことを特徴とする。
【００１９】
上記の課題を解決するための第４の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置は、第１乃至第３のいずれかの発明に係るパンタグラフ高さ測定装置において、前記画像処理手段が、前記ラインセンサから入力される画像信号を時系列的に並べてなる入力画像を作成する入力画像作成部と、前記入力画像を二値化処理してなる二値化画像を作成する二値化処理部と、前記二値化画像上の前記濃色領域と前記淡色領域の位置を検出する色領域位置検出部と、前記二値化画像上の前記濃色領域と前記淡色領域の位置及び前記濃色領域と前記淡色領域の実際の位置に基づいて前記関係式を算出する関係式演算部とを備えることを特徴とする。
【００２０】
上記の課題を解決するための第５の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置は、第１乃至第４のいずれかの発明に係るパンタグラフ高さ測定装置において、前記撮影ライン修正用部材は、該撮影ライン修正用部材の水平方向の中心に中心線を備えることを特徴とする。
【００２１】
上記の課題を解決するための第６の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法は、車両の屋根上に設置されたラインセンサによって走行中の前記車両のパンタグラフを撮影し、前記ラインセンサによって撮影した画像を解析して前記パンタグラフの高さを測定するパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法であって、その表面に濃色領域及び淡色領域が鉛直方向に沿って交互に配色されてなるキャリブレーション用部材を前記パンタグラフの近傍に設置する第一の工程と、前記ラインセンサによって前記キャリブレーション用部材を撮影する第二の工程と、前記画像処理手段において前記ラインセンサによって撮影された画像上の前記濃色領域及び前記淡色領域の位置を検出するとともに、検出された前記濃色領域及び前記淡色領域の画像上の位置と前記濃色領域及び前記淡色領域の実際の位置との関係式を算出する第三の工程とからなることを特徴とする。
【００２２】
上記の課題を解決するための第７の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法は、第６の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法において、同一形状の領域を鉛直方向に複数連結してなる第一の色領域及び前記第一の色領域の周囲に配される第二の色領域が配色されてなり、前記第一の色領域及び前記第二の色領域が、前記表示手段に表示される該第一の色領域及び第二の色領域の幅が前記ラインセンサの撮影ラインの位置及び傾きによって変化するように配色された撮影ライン修正用部材を前記キャリブレーション用部材に設置し、前記ラインセンサによって前記撮影ライン修正用部材を撮影し、前記ラインセンサによって撮影された画像を表示する表示手段に表示される前記撮影ライン修正用部材の画像を確認しつつ前記撮影ラインを修正し、前記撮影ライン修正用部材を取り外した後、前記第一、第二及び第三の工程を行うことを特徴とする。
【００２３】
上記の課題を解決するための第８の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法は、第７の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法において、前記撮影ライン修正用部材は、その水平方向の中心において前記第一の色領域が隣接する該第一の色領域と相互に接するように、前記第一の色領域の水平方向の中心の上下幅をその両側の上下幅に比較して幅広に形成されていることを特徴とする。
【００２４】
上記の課題を解決するための第９の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法は、第６乃至第８のいずれかの発明に係るパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法において、前記画像処理手段が、前記ラインセンサから入力される画像信号を時系列的に並べてなる入力画像を作成し、前記入力画像を二値化処理してなる二値化画像を作成し、前記二値化画像上の前記濃色領域と前記淡色領域の位置を検出し、前記二値化画像上の前記濃色領域と前記淡色領域の位置及び前記濃色領域と前記淡色領域の実際の位置に基づいて前記関係式を算出することを特徴とする。
【００２５】
上記の課題を解決するための第１０の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法は、第６乃至第９のいずれかの発明に係るパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法において、前記撮影ライン修正用部材の水平方向の中心に中心線を設け、前記中心線に基づき前記撮影ラインを修正することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
上述した第１の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置によれば、車両の屋根上に設置されるラインセンサと、ラインセンサによって撮影した画像を解析する画像処理手段とを備え、走行中の車両のパンタグラフの高さを測定するパンタグラフ高さ測定装置において、パンタグラフの変動幅を含む範囲に、濃色領域及び淡色領域を鉛直方向に沿って交互に配してなるキャリブレーション用部材が着脱可能に設けられ、画像処理手段が、ラインセンサによってキャリブレーション用部材を撮影した画像から得られる濃色領域及び淡色領域の画像上の位置と濃色領域及び淡色領域の実際の高さとの関係式を求め、この関係式を用いてラインセンサによって撮影したパンタグラフの画像上の位置から実際のパンタグラフの高さを算出するように構成されたので、ラインセンサのカメラレンズの焦点距離やラインセンサからパンタグラフまでの距離、画像の分解能、ラインセンサの仰角などを考慮しなくてもキャリブレーション用部材を撮影した画像を解析することにより、作業者によらずキャリブレーション用部材を撮影した画像から濃色領域及び淡色領域の画像上の位置と濃色領域及び淡色領域の実際の高さとの関係式を容易に求めることができ、ラインセンサが斜め上方を見上げるような状態で撮影を行う場合であっても複雑な計算をすることなく、パンタグラフの高さ測定の精度を向上させることができる。
【００２７】
上述した第２の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置によれば、キャリブレーション用部材に、鉛直方向に連結される複数の第一の色領域と、第一の色領域の周囲に配される第二の色領域とからなる撮影ライン修正用部材が着脱可能に設けられるとともに、ラインセンサによって撮影された画像を表示する表示手段を備え、撮影ライン修正用部材は、表示手段に表示される該第一の色領域及び第二の色領域の幅がラインセンサの撮影ラインの位置及び傾きによって変化するように第一の色領域の形状を設定されたので、第１の発明の効果に加えて、ラインセンサの撮影ラインの位置及び向きを容易に且つ確実にパンタグラフに直交するように修正することができ、そのため、より高精度にパンタグラフの高さ測定を行うことができる。
【００２８】
上述した第３の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置によれば、撮影ライン修正用部材は、その水平方向の中心において第一の色領域が隣接する該第一の色領域と相互に接するように、第一の色領域の水平方向の中心の上下幅をその両側の上下幅に比較して幅広に形成されたので、撮影ラインをパンタグラフに直交させるためには表示手段に前記第一の色領域が連続して表示されるように撮影ラインの位置及び傾きを修正すればよく、撮影ラインの位置及び傾きの修正を容易に行うことができる。
【００２９】
上述した第４の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置によれば、画像処理手段が、ラインセンサから入力される画像信号を時系列的に並べてなる入力画像を作成する入力画像作成部と、入力画像を二値化処理してなる二値化画像を作成する二値化処理部と、二値化画像上の濃色領域と淡色領域の位置を検出する色領域位置検出部と、二値化画像上の濃色領域と淡色領域の位置及び濃色領域と淡色領域の実際の位置に基づいて関係式を算出する関係式演算部とを備えるので、キャリブレーション用部材を撮影した画像から得られる濃色領域及び淡色領域の画像上の位置と濃色領域及び淡色領域の実際の高さとの関係式を算出する処理を円滑に行うことができる。
【００３０】
上述した第５の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置によれば、前記撮影ライン修正用部材は、該撮影ライン修正用部材の水平方向の中心に中心線を備えるので、撮影ラインの傾きを修正するのに、ラインセンサを回転させた方向が正しいかを客観的に判断することができる。
また、実際のラインセンサの回転や水平方向の移動を意識せずに、撮影中の画像を見ながら修正を行うことができる。
また、人の感覚や経験が必要なく、より汎用的で容易に修正することができる。
また、キャリブレーションの精度を上げることにより、パンタグラフの高さ測定を精度良く行うことができる。
【００３１】
上述した第６の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法によれば、車両の屋根上に設置されたラインセンサによって走行中の車両のパンタグラフを撮影し、ラインセンサによって撮影した画像を解析してパンタグラフの高さを測定するパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法であって、その表面に濃色領域及び淡色領域が鉛直方向に沿って交互に配色されてなるキャリブレーション用部材をパンタグラフの近傍に設置する第一の工程と、ラインセンサによってキャリブレーション用部材を撮影する第二の工程と、画像処理手段においてラインセンサによって撮影された画像上の濃色領域及び淡色領域の位置を検出するとともに、検出された濃色領域及び淡色領域の画像上の位置と濃色領域及び淡色領域の実際の位置との関係式を算出する第三の工程とからなるので、ラインセンサのカメラレンズの焦点距離やラインセンサからパンタグラフまでの距離、画像の分解能、ラインセンサの仰角などを考慮しなくてもキャリブレーション用部材を撮影した画像を解析することにより、作業者によらずキャリブレーション用部材を撮影した画像から得られる濃色領域及び淡色領域の画像上の位置と濃色領域及び淡色領域の実際の高さとの関係式を容易に演算することができ、ラインセンサが斜め上方を見上げるような状態で撮影を行う場合であっても複雑な計算をすることなく、パンタグラフの高さ測定の精度を向上させることができる。
【００３２】
上述した第７の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法によれば、同一形状の領域を鉛直方向に複数連結してなる第一の色領域及び第一の色領域の周囲に配される第二の色領域が配色されてなり、第一の色領域及び第二の色領域が、表示手段に表示される該第一の色領域及び第二の色領域の幅がラインセンサの撮影ラインの位置及び傾きによって変化するように配色された撮影ライン修正用部材をキャリブレーション用部材に設置し、ラインセンサによって撮影ライン修正用部材を撮影し、ラインセンサによって撮影された画像を表示する表示手段に表示される撮影ライン修正用部材の画像を確認しつつ撮影ラインを修正し、撮影ライン修正用部材を取り外した後、第一、第二及び第三の工程を行うので、第５の発明の効果に加えて、ラインセンサの撮影ラインの位置及び向きを容易に且つ確実にパンタグラフに直交するように修正することができ、そのため、より高精度にパンタグラフの高さ測定を行うことができる。
【００３３】
上述した第８の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法によれば、撮影ライン修正用部材は、その水平方向の中心において第一の色領域が隣接する該第一の色領域と相互に接するように、第一の色領域の水平方向の中心の上下幅をその両側の上下幅に比較して幅広に形成されているので、撮影ラインをパンタグラフに直交させるためには表示手段に前記第一の色領域が連続して表示されるように撮影ラインの位置及び傾きを修正すればよく、撮影ラインの位置及び傾きの修正を容易に行うことができる。
【００３４】
上述した第９の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法によれば、画像処理手段が、ラインセンサから入力される画像信号を時系列的に並べてなる入力画像を作成し、入力画像を二値化処理してなる二値化画像を作成し、二値化画像上の濃色領域と淡色領域の位置を検出し、二値化画像上の濃色領域と淡色領域の位置及び濃色領域と淡色領域の実際の位置に基づいて関係式を算出するので、キャリブレーション用部材を撮影した画像から得られる濃色領域及び淡色領域の画像上の位置と濃色領域及び淡色領域の実際の高さとの関係式を算出する処理を円滑に行うことができる。
【００３５】
上述した第１０の発明に係るパンタグラフ高さ測定装置のキャリブレーション方法によれば、前記撮影ライン修正用部材の水平方向の中心に中心線を設け、前記中心線に基づき前記撮影ラインを修正するので、撮影ラインの傾きを修正するのに、ラインセンサを回転させた方向が正しいかを客観的に判断することができる。
また、実際のラインセンサの回転や水平方向の移動を意識せずに、撮影中の画像を見ながら修正を行うことができる。
また、人の感覚や経験が必要なく、より汎用的で容易に修正することができる。
また、キャリブレーションの精度を上げることにより、パンタグラフの高さ測定を精度良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施例１に係るパンタグラフ高さ測定装置の適用例を示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施例１に係るキャリブレーション用部材の一例を示す説明図である。
【図３】本発明の実施例１に係る処理用コンピュータの概略構造を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施例１における処理用コンピュータによる処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施例１において得られるキャリブレーション用画像の一例を示す説明図である。
【図６】本発明の実施例１において得られる二値化画像の一例を示す説明図である。
【図７】本発明の実施例１において得られるトロリ線のピクセル位置と実際の高さとの関係を示すグラフである。
【図８】図８（ａ）は本発明の実施例２に係る撮影ライン修正用部材の正面図、図８（ｂ）は図８（ａ）の側面図である。
【図９】本発明の実施例２における撮影ラインの修正に係る処理を示すフローチャートである。
【図１０】図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明の実施例２における撮影ライン修正用部材に対する撮影ラインの位置の例を示す説明図である。
【図１１】図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において得られるキャリブレーション用画像の一例を示す説明図である。
【図１２】図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明の実施例１におけるキャリブレーション用部材に対する撮影ラインの位置の例を示す説明図である。
【図１３】図１３（ａ）、（ｂ）は撮影ライン修正用部材の他の例を示す説明図である。
【図１４】ラインセンサの設置例を示す説明図である。
【図１５】本発明の実施例３に係る撮影ライン修正用部材の正面図である。
【図１６】本発明の実施例３に係る撮影ライン修正用部材を用いた修正方法の装置構成を示した模式図である。
【図１７】本発明の実施例３に係る撮影ライン修正用部材を用いた修正方法の構成例を示したブロック図である。
【図１８】本発明の実施例３に係る撮影ライン修正用部材を用いた修正方法を示したフローチャートである。
【図１９】本発明の実施例３に係る水平方向の修正を行う前の撮影画像の例を示した図である。
【図２０】本発明の実施例３に係る水平方向の修正を行った後の撮影画像の例を示した図である。
【図２１】本発明の実施例３に係る回転方向の修正を行った後の撮影画像の例を示した図である。
【図２２】本発明の実施例３に係る修正終了後の撮影画像の例を示した図である。
【図２３】本発明の実施例３に係る水平方向の修正を行う前の撮影ラインの例を示した図である。
【図２４】本発明の実施例３に係る水平方向の修正を行った後の撮影ラインの例を示した図である。
【図２５】本発明の実施例３に係る回転方向の修正を行った後の撮影ラインの例を示した図である。
【図２６】本発明の実施例３に係る修正終了後の撮影ラインの例を示した図である。
【図２７】本発明の実施例１，２に係るラインセンサの撮影ライン修正用部材の形状の例を示した図である。
【図２８】本発明の実施例１，２に係る撮影ライン修正用部材の撮影状況の例を示した図である。
【図２９】本発明の実施例１，２に係る撮影ライン修正部材の撮影の例を示した図である。
【図３０】特許文献２に係るラインセンサの設置例を示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、図面を参照して本発明に係るパンタグラフ高さ測定装置の一例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００３８】
図１乃至図７を用いて本発明に係るパンタグラフ高さ測定装置の第１の実施例を説明する。図１は本実施例に係るパンタグラフ高さ測定装置の概略構成図、図２は本実施例に係るキャリブレーション用部材の正面図、図３は本実施例に係るパンタグラフ高さ測定装置の構造を示すブロック図、図４は本実施例に係るパンタグラフ高さ測定装置によるキャリブレーションの流れを示すフローチャート、図５は本実施例におけるキャリブレーション用画像の例を示す説明図、図６は二値化画像の例を示す説明図、図７は実際の高さと画像上のピクセル位置との関係を示すグラフである。
【００３９】
図１に示すように、本実施例に係るパンタグラフ高さ測定装置は、ラインセンサ２０と、処理用コンピュータ３０と、キャリブレーション用部材４０とを備えて構成されている。
【００４０】
ラインセンサ２０は、車両１０の屋根上にパンタグラフ１０ａを撮影するように設置されている。即ち、ラインセンサ２０は、その光軸が斜め上方に向くように、且つその走査線方向がパンタグラフ１０ａと直交するようにその向きを設定されている。このラインセンサ２０によって取得した画像信号は処理用コンピュータ３０に入力される。
【００４１】
処理用コンピュータ３０は、ラインセンサ２０によって撮影した画像上のキャリブレーション用部材４０の位置と実際のキャリブレーション用部材４０の位置との関係式である架線高さ計算用近似式を算出する機能を有し、図３に示すように、入力画像作成部３１、二値化処理部３２、色領域位置検出部としてのピクセル幅抽出部３３、関係式演算部としての近似式演算部３４、及びメモリ３５Ａ，３５Ｂを備えている。また、この処理用コンピュータ３０には、後述するキャリブレーション用画像（ラインセンサ画像）１や二値化画像２を表示可能に構成されたモニタ６０が接続されている。
【００４２】
架線高さ計算用近似式を算出するための構成において、入力画像作成部３１は、ラインセンサ２０から入力されるキャリブレーション用部材４０を撮影して得られた画像信号を時系列的に並べてなるキャリブレーション用画像１（図５参照）を作成する。このキャリブレーション用画像１は、メモリ３５Ａ，３５Ｂを経て、二値化処理部３２へ送られる。
【００４３】
二値化処理部３２は、入力画像作成部３１から入力されるキャリブレーション用画像１に対して二値化処理を施し、二値化画像２（図６参照）を作成する。この二値化処理部３２において作成された二値化画像２はメモリ３５Ｂを経てピクセル幅抽出部３３へ送られる。
【００４４】
ピクセル幅抽出部３３は、二値化処理部３２から入力される二値化画像２から後述するキャリブレーション用部材０の黒色領域４０ｂの軌跡２ｂと、白色領域４０ｗの軌跡２ｗをそれぞれ抽出し、それぞれの領域２ｂ，２ｗの幅をピクセル幅として求める。このピクセル幅抽出部３３において抽出されたピクセル幅の情報はメモリ３５Ｂを経て近似式演算部３４へ送られる。
【００４５】
近似式演算部３４は、ピクセル幅抽出部３３から入力されるピクセル幅と、予め測定した黒色領域４０ｂ及び白色領域４０ｗの実際の幅とに基づいて最小二乗法により架線高さ計算用近似式を求める。この近似式演算部３４において算出された架線高さ計算用近似式は、メモリ３５Ｂに保存される。
【００４６】
ここで、最小二乗法とは、測定で得られた数値の組を適当なモデルから想定される一次関数、対数曲線など特定の関数を用いて近似するときに、想定する関数が測定値に対してよい近似となるように、残差の二乗和を最小とするような係数を決定する方法である。
【００４７】
このように構成されることにより、処理用コンピュータ３０はラインセンサ２０から入力される画像信号を解析して架線高さ計算用近似式を算出することができる。
【００４８】
キャリブレーション用部材４０は、例えば矩形に形成された板状の部材からなる。このキャリブレーション用部材４０の長手方向の長さは、パンタグラフの変動幅、換言すると架線の変動幅の範囲より長尺に形成されている。そしてこのキャリブレーション用部材４０はパンタグラフ１０ａのラインセンサ２０側の端面に近接する位置、具体的には、処理用コンピュータ３０によって得られるキャリブレーション用部材４０とパンタグラフ１０ａ高さに誤差が生じない程度の位置に着脱可能に取り付けられている。さらにキャリブレーション用部材４０は、架線の変動幅の範囲を含むような高さに設置されている。
【００４９】
このキャリブレーション用部材４０には、図２に示すように、その表面に長手方向に沿って黒色領域４０ｂと白色領域４０ｗとが交互に配されている。本実施例において黒色領域４０ｂと白色領域４０ｗとは同一幅（Ｌ）であり、その境界線は、それぞれ当該キャリブレーション用部材４０の長手方向に対して直交している。
【００５０】
図４に基づいて本実施例に係るパンタグラフ高さ測定装置を用いて架線高さ計算用近似式を算出する処理について説明する。
【００５１】
キャリブレーション用部材４０をパンタグラフ１０ａの近傍に設置し、ラインセンサ２０によるキャリブレーション用部材４０の撮影を開始したら、処理用コンピュータ３０において、図４に示すように、ラインセンサ２０から入力されるキャリブレーション用部材４０の画像を時系列的に並べ、図５に示すようなキャリブレーション用画像１を作成する（ステップＰＡ１）。図５に示すように、キャリブレーション用画像１には黒色領域４０ｂの軌跡１ｂと、白色領域４０ｗの軌跡１ｗとが表示される。
【００５２】
ここで、キャリブレーション用画像１では、ラインセンサ２０の光軸が斜め上方を向いていることにより、ラインセンサ２０からキャリブレーション用部材４０までの距離が短いキャリブレーション用部材４０の下方の領域の幅ＷLに対して、ラインセンサ２０からキャリブレーション用部材４０までの距離が長いキャリブレーション用部材４０上方の領域の幅ＷHが狭く表示される。
【００５３】
ステップＰＡ１に続いては、キャリブレーション用画像１に対して二値化処理を行い、図６に示すような二値化画像２を作成する（ステップＰＡ２）。図６に示すように、二値化画像２は、キャリブレーション用画像１と概ね同様の画像となる。
【００５４】
ステップＰＡ２に続いては、二値化画像２からキャリブレーション用部材４０の黒色領域４０ｂに対応する軌跡２ｂと、白色領域４０ｗに対応する軌跡２ｗとを抽出し、これらの幅（本実施例では図６に示す軌跡２ｂと軌跡２ｗの一つの境界線から他の境界線までの距離ｐ1〜ｐ6）を求める（ステップＰＡ３）。
【００５５】
続いて、図７に示すようにキャリブレーション用部材４０の黒色領域４０ｂ、白色領域４０ｗの実際の位置（本実施例では黒色領域４０ｂと白色領域４０ｗの一つの境界線から他の境界線までの距離Ｌ〜６Ｌ）と、ステップＰＡ３において求めた幅ｐ1〜ｐ6との関係を取得し、これに基づいてラインセンサ２０によって撮影した画像からパンタグラフ１０ａの高さ、換言すると、架線の高さを算出するための関係式である架線高さ計算用近似式を最小二乗法により求める（ステップＰＡ４）。以上の処理により架線高さ計算用近似式を求めることができる。
【００５６】
なお、この架線高さ計算用近似式を用いてパンタグラフ１０ａの高さ測定する場合には、まず、特許文献２のようにパタンマッチングなどの画像処理によって撮影画像中のパンタグラフ１０ａのピクセル位置を求める。そして、得られたピクセル位置をステップＰＡ４で求めた近似式に代入することで、ラインセンサ２０の光軸が斜めを向いた状態でも精度よくパンタグラフ１０ａの高さを求めることができる。なお、実際の架線の高さを求める場合は、地面からキャリブレーション用部材４０までの高さなどをオフセットとして加算する必要がある。
【００５７】
このように構成された本実施例に係るパンタグラフ高さ測定装置によれば、ラインセンサのカメラレンズの焦点距離やラインセンサからパンタグラフまでの距離、画像の分解能などを考慮しなくても、キャリブレーション用部材４０を撮影した画像を解析することで下線高さ計算用近似式を求めることができるので、作業者によらず簡単にキャリブレーションを行うことができる。
【００５８】
これにより、ラインセンサ２０の光軸が斜め上方を向いた状態で撮影した場合であっても、ラインセンサ２０からパンタグラフ１０ａまでの距離やカメラ仰角などを考慮した複雑な計算をすることなく、パンタグラフ１０ａの高さの測定を高精度に行うことができる。
【実施例２】
【００５９】
図８乃至図１３を用いて本発明に係るパンタグラフ高さ測定装置の第２の実施例を説明する。図８（ａ）は本実施例において使用する撮影ライン修正用部材の正面図、図８（ｂ）は図８（ａ）に示す撮影ライン修正用部材の側面図、図９は本実施例におけるラインセンサの位置修正の処理の流れを示すフローチャート、図１０（ａ）〜（ｃ）は撮影ライン修正用部材に対する撮影ラインの位置の例を示す説明図、図１１（ａ）〜（ｃ）は図１１に対応するキャリブレーション用画像の例を示す説明図、図１２本発明の実施例１におけるキャリブレーション用部材に対する撮影ラインの位置の例を示す説明図、図１３（ａ），（ｂ）は撮影ライン修正用部材の他の例を示す正面図である。
【００６０】
本実施例は、上述した実施例１において説明したキャリブレーション作業を行う前に、図８に示す撮影ライン修正用部材５０を用いてラインセンサの撮影ラインを修正するようにした例である。その他の構成は図１乃至図７に示し上述した実施例１の構成と概ね同様であり、同一の部材には同一の符合を付して重複する説明は省略し、異なる点を中心に説明する。
【００６１】
実施例１においては、図１２（ａ）に示すように、ラインセンサ２０の撮影ラインＳをパンタグラフ１０ａに直交するように、換言すると、ラインセンサ２０がキャリブレーション用部材４０をその長手方向に沿って撮影するように設置した。このように、ラインセンサ２０を設置すれば、最も理想的でより精度の高いキャリブレーションを行うことができる。
【００６２】
これに対し、図１２（ｂ）に示すように撮影ラインＳがキャリブレーション用部材４０の幅方向の両端を横切るようにラインセンサ２０を設置された場合、キャリブレーション用画像１上に現れるキャリブレーション用部材４０の図１２（ｂ）に破線の円で示す部分に対応する軌跡のピクセル幅が短くなるため、正確な架線高さ計算用近似式が得られないおそれがある。
【００６３】
また、図１２（ｃ）に示すように、撮影ラインＳがキャリブレーション用部材４０の幅方向の両端を横切らない場合であっても、撮影ラインＳがキャリブレーション用部材４０の長手方向に対して角度θだけ傾くと、図１２（ｃ）に示す撮影ラインＳ上の白色領域４０ｗの幅Ｗｐｃは図１２（ａ）に示す撮影ラインＳ上の白色領域４０ｗの幅Ｗｐａの（１／ｃｏｓθ）倍になる。これより、図１２（ｃ）に示す撮影ラインＳに対応する分解能は（Ｌ／Ｐ）ｃｏｓθとなり、図１２（ａ）に示す撮影ラインＳに対応する分解能Ｌ／Ｐのｃｏｓθ倍になる。
【００６４】
ここで、例えば、θが１°や２°傾いていてもｃｏｓθの値はほぼ１であるため十分に精度を確保することができる。しかし、ラインセンサ２０は撮像素子が一列に並んでいて一次元の画像を撮影するので、モニタ６０に表示される画像からラインセンサ２０がキャリブレーション用部材４０のどの位置を撮影し、キャリブレーション用部材４０の長手方向に対してどの程度傾いているかを把握するのは困難である。そのためラインセンサ２０の撮影ラインＳをキャリブレーション用部材４０の長手方向と平行にするためには、その作業が煩雑となることも考えられる。
【００６５】
そこで、本実施例では図８に示す撮影ライン修正用部材５０を用いてラインセンサ２０の撮影ラインの傾きを修正するように構成している。
【００６６】
即ち、本実施例においてキャリブレーション用部材４０には、図８に示すように、そのラインセンサ２０側の表面に撮影ライン修正用部材５０が着脱可能に取り付けられている。撮影ライン修正用部材５０は、矩形に形成された板状の部材からなり、表面に、複数（図８では四つ）の第一の色領域としての黒色領域５０ａが鉛直方向に沿って一直線上に連結される一方、この黒色領域５０ａの周囲に第二の色領域としての白色領域５０ｂが配色されている。黒色領域５０ａは菱形形状であり、隣接する当該撮影ライン修正用部材５０とはその対向点同士が接している。
【００６７】
図９に基づいて本実施例に係るパンタグラフ高さ測定装置によるラインセンサ２０の撮影ラインを修正する流れを説明する。図９に示すように、本実施例においてラインセンサ２０の撮影ラインの位置を修正する場合、まず、その黒色領域５０ａを連結した方向とキャリブレーション用部材４０の幅方向の中心ｏとが一致するように、キャリブレーション用部材４０に撮影ライン修正用部材５０を取り付ける（ステップＰＢ１）。
【００６８】
続いて、ラインセンサ２０によって撮影ライン修正用部材５０を撮影し、モニタ６０に表示する（ステップＰＢ２）。このとき、モニタ６０には、概ね図１１（ａ）〜図１１（ｃ）のいずれかの画像が表示されることとなる。なお、図１１（ａ）、図１１（ｂ）に示すように、映像に白黒の領域が交互に帯状に映っている場合はラインセンサ２０の撮影ラインＳが斜めになっているか、中心ｏからずれている。一方、図１１（ｃ）に示すように、同一色が連続して表示されている場合は撮影ラインＳが撮影ライン修正用部材５０の中心ｏと一致している。
【００６９】
続いて、撮影ラインの位置を修正する（ステップＰＢ３）。即ち、ラインセンサ２０の撮影ラインＳが図１０（ａ）に示す位置を撮影している場合はモニタ６０に図１１（ａ）に示すような画像、つまり、黒色領域５０ａの幅、白色領域５０ｂの幅がそれぞれ同一幅となった画像が表示される。このような場合はラインセンサ２０の撮影ラインが中心ｏから平行にずれているため、モニタ６０に表示される画像を確認しつつラインセンサ２０の向きを水平方向に移動させることにより撮影ラインＳを修正することができる。なお、ラインセンサ２０の向きを移動させる方向は、モニタ６０に表示される黒色領域５０ａの幅が大きくなる方向に移動させればよい。
【００７０】
また、ラインセンサ２０の撮影ラインＳが図１０（ｂ）に示す位置を撮影している場合はモニタ６０に図１１（ｂ）に示すような画像、つまり、黒色領域５０ａ、白色領域５０ｂともにそれぞれ幅が異なった状態の画像が表示される。このような場合にはラインセンサ２０の撮影ラインＳが中心ｏに対して傾いているため、モニタ６０に表示される画像を確認しつつ、まず黒色領域５０ａの幅、白色領域５０ｂの幅がそれぞれ概ね同一幅となるようにラインセンサ２０の撮影ラインを回転させてラインセンサ２０の撮影ラインＳを中心ｏと平行になるように移動させ、その後、ラインセンサ２０を水平方向に移動させればよい。
【００７１】
このようにして、図１１（ｃ）に示すように黒色領域５０ａ（または白色領域）が連続して表示されるように撮影ラインＳを修正することで、撮影ラインＳの位置及び向きが撮影ライン修正用部材５０の中心ｏと一致するように修正される。
【００７２】
ラインセンサ２０の撮影ラインＳの修正を行ったら、撮影ライン修正用部材５０をキャリブレーション用部材４０から取り外し（ステップＰＢ４）、実施例１において説明したキャリブレーション処理を行う（ステップＰＢ５）。
【００７３】
このように構成されたことにより、本実施例に係るパンタグラフ高さ測定装置によれば、ラインセンサ２０の撮影ラインをキャリブレーション用部材４０の中心ｏと一致させる作業を作業者によらず容易に行うことができる。
【００７４】
そして、ラインセンサ２０の撮影ラインＳをキャリブレーション用部材４０の中心ｏと一致させた状態でキャリブレーションを行うことができるので、パンタグラフ１０ａの高さの測定をより高精度に実施することができる。
【００７５】
なお、上述した実施例では撮影ライン修正用部材５０の黒色領域５０ｂを菱形形状、白色領域５０ｗを背景とする例を示したが、図８（ａ）に示す撮影ライン修正用部材５１のように黒色領域５１ｂを背景、白色領域５１ｗを菱形形状にしてもよく、また、第一の色領域の形状は菱形形状に限らず、図８（ｂ）に示す撮影ライン修正用部材５２のように第一の色領域５２ｂを楕円形状とし、その周囲を第二の色領域５２ｗとするなど、水平方向の中心の上下幅がその両側の上下幅に比較して幅広になっていればよく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることはいうまでもない。
【実施例３】
【００７６】
上述したように、特許文献２の方法を使用する場合、図３０のようにラインセンサ２０は斜め上方を見上げる形で設置される。このとき、パンタグラフ１０ａの変位方向とラインセンサ２０の仰角との関係より、パンタグラフ１０ａが低い位置の場合の分解能と高い位置の場合の分解能は異なる。具体的には、図３０のように、低い位置のほうが分解能は高くなり、高い位置のほうが分解能は低くなる。なお、パンタグラフ１０ａが低い位置において分解能が高くなるのは、低い位置の方がラインセンサ２０との距離が近くなるためである。
【００７７】
上記のような分解能の違いを解決するために、実施例１，２のようなキャリブレーション方法を提案した。実施例１，２によれば、キャリブレーション用部材４０をラインセンサ２０で撮影し、画像処理することによって、自動的にキャリブレーションを行うことができる。
【００７８】
しかし、実施例１，２においては、キャリブレーション時にラインセンサ２０の撮影ラインを修正する必要がある。ラインセンサ２０の撮影ラインを修正するために、図２７のような撮影ライン修正用部材５０を使用する。これは、図２７（ａ）に５０Ｌで示すように、矩形の頂点が一直線上に並んでいるので、この直線状にラインセンサ２０の撮影ラインが一致すれば、撮影された画像の中で撮影ライン修正用部材５０部分は黒くなる。撮影された画像の中で撮影ライン修正用部材５０部分が黒くなるように、画像の白黒幅などを見ながら修正を行っていく。なお、図２７（ｂ），（ｃ）のように、白黒が反転していたり、矩形ではなく円であったりしても良い。
【００７９】
図２７（ａ）の撮影ライン修正用部材５０を使用して修正する場合、図２８（ａ）にＳで示すように斜めに撮影されれば、図２９（ａ）のように白の幅が不均一に表示される。ラインセンサ撮影ラインと図２７（ａ）の中心線５０Ｌｃとを平行にするために、図２９（ｂ）のように白の幅が等間隔になるようにラインセンサ２０を左右どちらかに回転させる。
【００８０】
実際には、斜め上方を見上げているので等間隔にはならず、右にいくほど白の幅が小さくなる（撮影ラインによっては右にいくほど白の幅が大きくなる）ようにラインセンサ２０の傾きを修正する。この状態で水平方向に移動させ、黒の幅が大きくなる方向にラインセンサ２０を修正する。最終的に図２９（ｃ）のように、撮影された画像の中で、撮影ライン修正用部材５０部分が全て黒くなれば撮影ラインの修正は終了となる。
【００８１】
上記の方法で撮影ラインを修正することは可能だが、下記のような方法があればより効率的に修正することが可能となる。
（１）撮影ラインの傾きを修正するのに、回転させた方向が正しいかを客観的に判断する方法。
（２）実際のラインセンサ２０の回転や水平方向の移動を意識せずに、撮影中の画像を見ながら修正を行う方法。
（３）人の感覚や経験が必要なく、より汎用的な修正方法。
【００８２】
以上のことから、本実施例に係るパンタグラフ高さ測定装置及びそのキャリブレーション方法においては、ラインセンサ２０を用いてパンタグラフ１０ａの高さを測定する場合に行うキャリブレーション時の撮影ラインの修正において、実施例１，２の方法に加え、人の感覚や経験が必要なく、撮影した画像を見ながらより効率良く修正できる構成とした。
【００８３】
以下、本実施例に係るパンタグラフ高さ測定装置の構成について説明する。
図１５は、本実施例に係る撮影ライン修正用部材の正面図である。
図１５（ａ）のように、本実施例に係るパンタグラフ高さ測定装置における撮影ライン修正用部材１００においては、目標撮影ラインの部分に白線の中心線１０１が入っている形になる。
【００８４】
なお、撮影ライン修正用部材１００は図１５（ａ）のような形に限定されるわけではなく、白黒反転している図１５（ｂ）や、矩形ではなく円形になっている図１５（ｃ）のような形でも良い。また、撮影ライン修正用部材１００の白色部分は光を反射しやすい素材とし、黒色部分は光を反射しにくい素材とする。
【００８５】
図１６は、本実施例に係る撮影ライン修正用部材を用いた修正方法の装置構成を示した模式図である。
図１６に示すように、パンタグラフ１０２に撮影ライン修正用部材１００を取り付ける。なお、図１６においては、撮影ライン修正用部材１００の側面を示している。また、ラインセンサ１０３の位置や傾きを修正するために、水平方向と回転が可能なゴニオステージ１０４上にラインセンサ１０３を設置する。なお、回転中心が変わることなく回転できる構造であれば、ゴニオステージ１０４でなくても良い。
【００８６】
撮影ライン修正用部材１００を撮影するために、ゴニオステージ１０４上に設置したラインセンサ１０３を車両１０５の屋根上に設置する。また、夜間やトンネル、車両基地内等の照度の低い環境下でも撮影ライン修正用部材１００の白黒パターンが撮影できるように、ラインセンサ１０３付近に照明１０６を設置する。また、ラインセンサ１０３で撮影した画像を保存するために、車両１０５内に処理用コンピュータ１０７を設置する。
【００８７】
図１７は、本実施例に係る撮影ライン修正用部材を用いた修正方法の構成例を示したブロック図である。
図１７に示すように、本実施例に係る撮影ライン修正用部材１００を用いた修正方法においては、撮影ライン修正用部材１００を撮影し、作業者１０８が撮影ラインを修正する「ラインセンサ１０３」と、撮影した画像を保存及び表示し、作業者１０８が画像を確認しながら、撮影ラインを修正するために必要な「処理用コンピュータ１０７」と、ラインセンサ１０３の撮影ラインを容易に修正するために、取り外しが可能な「撮影ライン修正用部材１００」とを備えている。
以上が本実施例に係るパンタグラフ高さ測定装置の構成である。
【００８８】
以下、本実施例に係るパンタグラフ高さ測定装置におけるキャリブレーション方法について説明する。
図１８は、本実施例に係る撮影ライン修正用部材を用いた修正方法を示したフローチャートである。なお、ここでは、使用する撮影ライン修正用部材１００は図１５（ａ）とする。
【００８９】
図１８に示すように、ステップＰ１００において、パンタグラフ１０２に撮影ライン修正用部材１００を取り付ける。このとき、撮影ライン修正用部材１００の中心線１０１は撮影したいライン上と一致するようにする。
次に、ステップＰ１０１において、撮影ライン修正用部材１００をラインセンサ１０３で撮影する。
【００９０】
次に、ステップＰ１０２において、撮影した画像を確認しながら、ラインセンサ１０３を水平方向に移動させる。このとき、画像上の撮影ライン修正用部材１００の黒部分が大きくなる方向に移動させ、図１９に示すように画像上に撮影ライン修正用部材１００の中心線１０１が撮影できるようにする。なお、図１９〜２２中において、Ｉｏは画像中心を、Ｉａは画像上の撮影ライン修正用部材１００を、Ｉｃは画像上の撮影ライン修正用部材１００の中心線１０１を示している。
【００９１】
次に、ステップＰ１０３において、図１９に示すように、Ｉｃで示す画像上の撮影ライン修正用部材１００の中心線１０１がＩａで示す画像上の撮影ライン修正用部材１００上でＩｏで示す画像中心よりも離れた位置に存在する場合は、図２０に示すように、Ｉａで示す撮影ライン修正用部材１００上にＩｃで示す撮影ライン修正用部材１００の中心線１０１がＩｏで示す画像中心に近くなるまで、水平方向ヘラインセンサ１０３を移動させる。
【００９２】
次に、ステップＰ１０４において、ラインセンサ１０３を回転させる。このとき、図２１で示すように、Ｉａで示す画像上の撮影ライン修正用部材１００部分の中で、Ｉｏで示す画像中心よりも離れた位置に撮影ライン修正用部材１００の中心線１０１が移動するようにラインセンサ１０３を回転させる。
【００９３】
そして、ステップＰ１０５において、図２２で示すように、Ｉａで示す画像上の撮影ライン修正用部材１００の部分が全て白くなるまで、上記ステップＰ１０２からステップＰ１０４を繰り返し、撮影ラインが撮影ライン修正用部材１００の中心線１０１と一致したときに一連の処理を終了する。
以上が本実施例に係る本実施例に係るパンタグラフ高さ測定装置におけるキャリブレーション方法である。
【００９４】
ここで、本実施例に係る撮影ライン修正方法の原理について説明する。
図２３は、水平方向の修正を行う前の撮影ラインの例を示した図である。
このとき撮影される画像は図１９となり、Ｉｃで示す撮影ライン修正用部材１００の中心線１０１はＩｏで示す画像中心よりも離れた位置に撮影される。なお、図２３中において、Ｓはラインセンサ１０３の撮影ラインを、Ｓｃはラインセンサ１０３の撮影ラインの中心を示している。
【００９５】
次に、撮影ラインの水平方向の修正を行う。
図２４は、水平方向の修正を行った後の撮影ラインの例を示した図である。
このとき、図２０に示すように、Ｉｃで示す撮影ライン修正用部材１００の中心線１０１がＩｏで示す画像中心に近づくということは、図２４中にＭで示すようにＳｃで示すラインセンサ１０３の撮影ラインの中心が撮影ライン修正用部材１００の中心線１０１に近づくことを意味する。なお、図２４中において、Ｓはラインセンサ１０３の撮影ラインを、Ｓｃはラインセンサ１０３の撮影ラインの中心を、Ｓ’は水平方向の修正前のラインセンサ１０３の撮影ラインを、Ｍは撮影ラインの水平方向の修正を示している。
【００９６】
最終的に、Ｓｃで示すラインセンサ１０３の撮影ラインの中心が、撮影ライン修正用部材１００の中心線１０１の延長上と一致しなければ、Ｓで示すラインセンサ１０３の撮影ラインが撮影ライン修正用部材１００の中心線１０１と一致することはない。Ｓで示すラインセンサ１０３の撮影ラインと撮影ライン修正用部材１００の中心線１０１とを一致させることが最終目的であるので、そのためにＳで示すラインセンサ１０３の撮影ラインの中心を撮影ライン修正用部材１００の中心線１０１に近づけていく必要がある。
【００９７】
つまり、画像上においてＩｃで示す画像上の撮影ライン修正用部材１００の中心線１０１をＩｏで示す画像中心に近づける必要がある。
上記ステップＰ１０３の終了時には、Ｓｃで示すラインセンサ１０３の撮影ラインの中心が撮影ライン修正用部材１００の中心線１０１に近づいたことになる。
【００９８】
次に、撮影ラインの回転方向の修正を行う。
図２５は、回転方向の修正を行った後の撮影ラインの例を示した図である。
このとき、図２１で示すように、画像上においてＩｃで示す画像上の撮影ライン修正用部材１００の中心線１０１がＩｏで示す画像中心よりも離れていくということは、図２５中にＲで示すようにラインセンサ１０３が回転したことを意味する。なお、図２５中において、Ｓはラインセンサ１０３の撮影ラインを、Ｓｃはラインセンサ１０３の撮影ラインの中心を、Ｓ”は回転方向の修正前のラインセンサ１０３の撮影ラインを、Ｒは撮影ラインの回転方向の修正を示している。
【００９９】
Ｓで示すラインセンサ１０３の撮影ラインが撮影ライン修正用部材１００の中心線１０１と一致するためには、Ｓで示すラインセンサ１０３の撮影ラインが撮影ライン修正用部材１００の中心線１０１と平行になる必要がある。
【０１００】
したがって、Ｓで示すラインセンサ１０３の撮影ラインが撮影ライン修正用部材１００の中心線１０１と平行になる方向に回転させる必要がある。そのためには、図２５で示す方向に回転させる必要がある。つまり、図２１に示すように、画像上においてＩｃで示す撮影ライン修正用部材１００の中心線１０１がＩｏで示す画像中心よりも離れていく必要がある。
上記ステップＰ１０４の終了時には、ラインセンサ１０３の撮影ラインが撮影ライン修正用部材１００の中心線１０１と平行となる方向に回転したことになる。
【０１０１】
なお、上記ステップＰ１０４でラインセンサ１０３を回転させる場合、Ｓｃで示すラインセンサ１０３の撮影ラインの中心の位置を変えずに回転させる必要がある。したがって、ゴニオステージ１０４のような回転中心が移動しないような装置を使う必要がある。なお、回転中心が移動しなければ、ゴニオステージ１０４以外のものを使用しても良い。
【０１０２】
図２６は、修正終了後の撮影ラインの例を示した図である。
上記ステップＰ１０２からステップＰ１０４を繰り返すことによって、図２６で示すように、Ｓ示すラインセンサ１０３の撮影ラインと撮影ライン修正用部材１００の中心線１０１が一致し、図２２で示すような画像を得ることができる。なお、図２６中において、Ｓはラインセンサ１０３の撮影ラインを、Ｓｃはラインセンサ１０３の撮影ラインの中心を示している。
また、図１９のように、画像上においてＩａで示す画像上の撮影ライン修正用部材１００がＩｏで示す画像中心よりも右側ではなく、左側にあったとしても修正方法の原理は変わらない。
【０１０３】
以上説明したように、本実施例に係るパンタグラフ高さ測定装置及びそのキャリブレーション方法によれば、撮影ラインの傾きを修正するのに、ラインセンサ１０３を回転させた方向が正しいかを客観的に判断することができる。
また、実際のラインセンサ１０３の回転や水平方向の移動を意識せずに、撮影中の画像を見ながら修正を行うことができる。
また、人の感覚や経験が必要なく、より汎用的で容易に修正することができる。
また、キャリブレーションの精度を上げることにより、パンタグラフ１０２の高さ測定を精度良く行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明は、パンタグラフ高さ測定装置及びそのキャリブレーション方法に適用して好適なものである。
【符号の説明】
【０１０５】
１，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ  キャリブレーション用画像
２  二値化画像
１０  車両
２０  ラインセンサ
３０  処理用コンピュータ
３１  入力画像作成部
３２  二値化処理部
３３  ピクセル幅抽出部
３４  近似式演算部
３５Ａ，３５Ｂ  メモリ
４０  キャリブレーション用部材
４０ｂ  黒色領域
４０ｗ  白色領域
５０  撮影ライン修正用部材
５０ｂ  黒色領域
５０ｗ  白色領域
６０  モニタ
Ｓ  撮影ライン
１００  撮影ライン修正用部材
１０１  中心線
１０２  パンタグラフ
１０３  ラインセンサ
１０４  ゴニオステージ
１０５  車両
１０６  照明
１０７  処理用コンピュータ
１０８  作業者
【図１】
2010190886.tif 000003
【図２】
2010190886.tif 000004
【図３】
2010190886.tif 000005
【図４】
2010190886.tif 000006
【図５】
2010190886.tif 000007
【図６】
2010190886.tif 000008
【図７】
2010190886.tif 000009
【図８】
2010190886.tif 000010
【図９】
2010190886.tif 000011
【図１０】
2010190886.tif 000012
【図１１】
2010190886.tif 000013
【図１２】
2010190886.tif 000014
【図１３】
2010190886.tif 000015
【図１４】
2010190886.tif 000016
【図１５】
2010190886.tif 000017
【図１６】
2010190886.tif 000018
【図１７】
2010190886.tif 000019
【図１８】
2010190886.tif 000020
【図１９】
2010190886.tif 000021
【図２０】
2010190886.tif 000022
【図２１】
2010190886.tif 000023
【図２２】
2010190886.tif 000024
【図２３】
2010190886.tif 000025
【図２４】
2010190886.tif 000026
【図２５】
2010190886.tif 000027
【図２６】
2010190886.tif 000028
【図２７】
2010190886.tif 000029
【図２８】
2010190886.tif 000030
【図２９】
2010190886.tif 000031
【図３０】
2010190886.tif 000032